一種硬件智能化的結構光三維掃描系統及方法技術方案

本發明專利技術公開了一種硬件智能化的結構光三維掃描的方法及系統，包括：控制器：經過無線路由器向投影儀發送控制信號和向照相機發出方式選擇命令，對從照相機處接收的數據進行存儲以及完成三維重建；無線路由器：將控制器輸出的控制信號和方式選擇命令分別發送到投影儀和照相機，將照相機輸出的數據傳到控制器；投影儀：內部設置有用來生成正弦光柵圖像的FPGA或DSP，投影儀對所述正弦光柵圖像在被測物體上進行投影，產生變形光柵圖像；照相機：照相機對變形光柵圖像進行實時拍照，根據控制器選定的數據類型，照相機經過無線路由器向控制器傳送原始數據或者傳送經照相機內的FPGA或DSP處理過的數據。本發明專利技術提高了三維掃描效率，有效減少控制器的工作量。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于智能化的結構光三維掃描系統領域，特別涉及一種硬件智能化的結構光三維掃描系統及方法。
技術介紹
在三維視覺、缺陷檢測、三維測量等領域，結構光三維掃描技術發揮著越來越重要的作用。目前，結構光三維掃描技術通過在PC端存儲結構光圖片并將圖片輸出到投影儀進行投影，再由PC端控制相機進行拍攝，通過相機傳回的變形光柵圖像數據進行三維重構，從而計算出被掃描物體的三維信息。相位測量輪廓術PMP是采用結構光照明的主動三維測量常用技術之一。一個完整的PMP系統包括一個投射結構光的投影儀，一個采集圖像的照相機，一個控制照相機和投影機并對采集到的圖像進行數據處理的控制器，控制器通常為計算機。具體測量過程為：控制器將需要投影的正弦光柵發送給投影機，投影機投射一組正弦光柵到被測物體表面，一組正弦光柵具有相同的周期，連續的兩次投射的光柵之間有一個相移，一組內的每一次相移量是一定的；光柵投影到物體表面后會被物體的表面結構所扭曲，照相機同步采集每次相移后的在物體表面產生形變的光柵圖像；采集得到的圖像發送給控制器，由控制器根據變形光柵計算物體的相位，再由相位重建物體的三維形貌。傳統的主動三維測量技術所有的編解碼過程都在控制器中完成，投影光柵由控制器生成，然后發送給投影機，照相機拍攝圖片后又將圖片發送給控制器進行處理。上述技術中，因為所有編解碼工作由控制器完成，控制器的性能低下就會導致整個過程效率低下。所有的計算過程由控制器完成，對控制器的性能要求高。數據傳輸量較大，尤其是在多頻PMP中，需要的投影光柵達幾十幅，直接傳輸圖片的方式顯得過程繁瑣，效率低下。
技術實現思路
本技術為解決現有技術中存在的以上問題，提供了一種硬件智能化的結構光三維掃描系統及方法，提高了掃描過程的效率，大幅度減少了控制器輸出和輸入的數據傳輸量，有效地降低了對控制器性能的要求，實用性高。為了實現上述目的，本技術采用的技術方案是：一種硬件智能化的結構光三維掃描系統，包括：控制器：預設光柵類型，經過無線路由器向投影儀發送光柵類型編號和所預設的光柵類型的參數；經過無線路由器向照相機發出方式選擇命令，所述方式選擇命令決定照相機經過無線路由器傳向控制器的數據類型；對從照相機處接收的數據進行存儲以及完成三維重建；無線路由器：將控制器輸出的光柵類型編號和所預設的光柵類型的參數發送到投影儀，將控制器發出的方式選擇命令發送到照相機，將照相機輸出的數據傳到控制器；投影儀：內部設置有可編程門陣列FPGA或數字信號處理器DSP，FPGA或DSP生成正弦光柵圖像,投影儀對所述正弦光柵圖像在被測物體上進行投影，產生變形光柵圖像；照相機：照相機對變形光柵圖像進行實時拍照，根據控制器選定的數據類型，照相機經過無線路由器向控制器傳送原始數據或者傳送經照相機內的FPGA或DSP處理過的數據。上述方案中，所述控制器設有依次連接的處理控制模塊、wifi模塊和天線模塊。一種硬件智能化的結構光三維掃描系統實現的方法，包括以下步驟：步驟1：在控制器上預設光柵類型，控制器經過無線路由器向投影儀發送光柵類型編號和所預設的光柵類型的相關參數；步驟2：投影儀中的可編程門陣列FPGA或數字信號處理器DSP生成正弦光柵圖像，投影儀對所述正弦光柵圖像在被測物體上進行投影，產生變形光柵圖像；步驟3：照相機對變形光柵圖像進行實時拍照；步驟4：控制器經過無線路由器向照相機發出方式選擇命令，所述方式選擇命令決定照相機傳向控制器的數據類型；步驟5：根據控制器選定的數據類型，照相機經過無線路由器向控制器傳送原始數據或者傳送經照相機內的FPGA或DSP處理過的數據；步驟6：控制器對從無線路由器接收到的數據進行存儲或者完成三維重建。上述方案中，所述步驟1中所述的光柵類型包括相位測量輪廓術PMP、二進制和線掃描。上述方案中，所述步驟2中所述的正弦光柵圖像的生成公式為：Inp=Ap+Bpcos(2πfypH-2πnN)]]>其中，n是相移指數，代表第n幀圖片，表示第n幀圖片的正弦光柵光強，p代表投影儀，Ap和Bp是自定義系數，f表示光柵的空間頻率，N表示正弦光柵圖像的總數量，也是總的相移數，(xp,yp)是投影儀中的坐標，H是正弦光柵圖像的高度；上述方案中，所述步驟4中照相機傳向控制器的數據類型包括原始變形光柵圖像數據、相位數據和三維數據。上述方案中，所述步驟5包括以下步驟：步驟5.1:若選定的數據類型為原始變形光柵圖像數據，照相機向控制器傳送原始變形光柵圖像數據表示第n幀形變光柵圖像的像素點(xc,yc)的光強；若選定的數據類型不為原始變形光柵圖像數據，則進入步驟5.2；步驟5.2:若選定的數據類型為相位數據，照相機向控制器傳送經照相機內的FPGA或DSP計算得到的相位數據：其中，n是相移指數，代表第n幀圖片，N表示變形光柵圖像的總數量，也是總的相移數，c代表照相機，表示變形光柵圖像中像素點(xc,yc)的相位值；若選定的數據類型不為相位數據，則進入步驟5.3；步驟5.3:若選定的數據類型為三維數據，照相機內的FPGA或DSP先計算相位數據再利用和系統標定得到的參數矩陣Mwc來計算世界坐標系(Xw,Yw,Zw)，最后計算平均光強度值Ac和光強調制Bc，照相機將Ac、Bc和(Xw,Yw,Zw)和發送給控制器。上述方案中，所述步驟5.3包括：步驟5.3.1：系統標定得到的參數矩陣Mwc：Mwc=m11wcm12wcm13wcm14wcm21wcm22wcm23wcm24wcm31wcm32wcm33wcm34wc]]>步驟5.3.2：照相機內的FPGA或DSP計算得到相位數據步驟5.3.3:照相機內的FPGA或DSP利用和Mwc來計算世界坐標系(Xw,Yw,Zw)：P＝[XwYwZw]T＝C-1D其中，C、D和P表示矩陣，(xc,yc)表示照相機中的坐標；步驟5.3.4：照相機內的FPGA或DSP計算得到平均光強度值Ac和光強調制Bc：Ac=1NΣn=0N-1Inc]]>Bc=2N[Σn=0N-1Inccos(2πnN)]2+[Σn=0N-1Incsin(2πnN)]2]]>其中，Ac是像素點(xc,yc)的平均光強度值，Bc是像素點(xc,yc)的光強調制；步驟5.3.5：照相機將Ac、Bc和(Xw,Yw,Zw)和發送給控制器。上述方案中，所述步驟6中所述三維重建過程需要的數據包括Ac、Bc和本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種硬件智能化的結構光三維掃描系統，其特征在于包括：控制器：預設光柵類型，經過無線路由器向投影儀發送光柵類型編號和所預設的光柵類型的參數；經過無線路由器向照相機發出方式選擇命令，所述方式選擇命令決定照相機經過無線路由器傳向控制器的數據類型；對從照相機處接收的數據進行存儲以及完成三維重建；無線路由器：將控制器輸出的光柵類型編號和所預設的光柵類型的參數發送到投影儀，將控制器發出的方式選擇命令發送到照相機，將照相機輸出的數據傳到控制器；投影儀：內部設置有可編程門陣列FPGA或數字信號處理器DSP，FPGA或DSP生成正弦光柵圖像,投影儀對所述正弦光柵圖像在被測物體上進行投影，產生變形光柵圖像；照相機：照相機對變形光柵圖像進行實時拍照，根據控制器選定的數據類型，照相機經過無線路由器向控制器傳送原始數據或者傳送經照相機內的FPGA或DSP處理過的數據。

【技術特征摘要】
1.一種硬件智能化的結構光三維掃描系統，其特征在于包括：
控制器：預設光柵類型，經過無線路由器向投影儀發送光柵類型編號和所預設的光柵
類型的參數；經過無線路由器向照相機發出方式選擇命令，所述方式選擇命令決定照相機
經過無線路由器傳向控制器的數據類型；對從照相機處接收的數據進行存儲以及完成三維
重建；
無線路由器：將控制器輸出的光柵類型編號和所預設的光柵類型的參數發送到投影
儀，將控制器發出的方式選擇命令發送到照相機，將照相機輸出的數據傳到控制器；
投影儀：內部設置有可編程門陣列FPGA或數字信號處理器DSP，FPGA或DSP生成正弦光
柵圖像,投影儀對所述正弦光柵圖像在被測物體上進行投影，產生變形光柵圖像；
照相機：照相機對變形光柵圖像進行實時拍照，根據控制器選定的數據類型，照相機經
過無線路由器向控制器傳送原始數據或者傳送經照相機內的FPGA或DSP處理過的數據。
2.根據權利要求1所述的一種硬件智能化的結構光三維掃描系統，其特征在于，所述控
制器設有依次連接的處理控制模塊、wifi模塊和天線模塊。
3.使權利要求1所述的一種硬件智能化的結構光三維掃描系統實現的方法，其特征在
于包括以下步驟：
步驟1：在控制器上預設光柵類型，控制器經過無線路由器向投影儀發送光柵類型編號
和所預設的光柵類型的相關參數；
步驟2：投影儀中的可編程門陣列FPGA或數字信號處理器DSP生成正弦光柵圖像，投影
儀對所述正弦光柵圖像在被測物體上進行投影，產生變形光柵圖像；
步驟3：照相機對變形光柵圖像進行實時拍照；
步驟4：控制器經過無線路由器向照相機發出方式選擇命令，所述方式選擇命令決定照
相機傳向控制器的數據類型；
步驟5：根據控制器選定的數據類型，照相機經過無線路由器向控制器傳送原始數據或
者傳送經照相機內的FPGA或DSP處理過的數據；
步驟6：控制器對從無線路由器接收到的數據進行存儲或者完成三維重建。
4.根據權利要求2所述的硬件智能化的結構光三維掃描的方法，其特征在于，所述步驟
1中所述的光柵類型包括相位測量輪廓術PMP、二進制和線掃描。
5.根據權利要求2所述的硬件智能化的結構光三維掃描的方法，其特征在于，所述步驟
2中所述的正弦光柵圖像的生成公式為：
Inp=Ap+Bpcos(2πfypH-2πnN)]]>其中，n是相移指數，代表第n幀圖片，表示第n幀圖片的正弦光柵光強，p代表投影儀，
Ap和Bp是自定義系數，f表示光柵的空間頻率，N表示正弦光柵圖像的總數量，也是總的相移
數，(xp,yp)是投影儀中的坐標，H是正弦光...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉凱，盧勇，
申請(專利權)人：四川大學，
類型：發明
國別省市：四川;51